药明康德/报道

今年金秋9月，Facebook首席执行官马克·扎克伯格与他的夫人普莉希亚·陈在旧金山令人瞩目地宣布：将在未来10年内投入30亿美元的巨额资金，资助科学家们攻克世界上最主要的疾病。他们期望在下一代人成长的过程中，能够更少受到疾病的影响，从而过上高质量的生活。

▲扎克伯格夫妇有让下一代人彻底摆脱重大疾病的美好梦想

其中BioHub生物中心是一个价值6亿美元的研究计划，汇集世界领先的生物医学和工程创新领域的佼佼者：加州大学伯克利分校、加州大学旧金山分校和斯坦福大学。 这三所研究机构的科学研究专家们积极联手其他研究机构的同事，以及硅谷科技界的同仁们，致力于分享研究技术、工具和想法，为全球疾病治疗大格局注入新的驱动力量。

日前，该研究所宣布启动其第一个研究项目：将创建第一个庞大的人类所有细胞的目录，称为“细胞图谱（The Cell Atlas）”。

▲BioHub共同总裁Stephen Quake博士（图片来源：BioHub）

BioHub共同总裁Stephen Quake博士是这样介绍的：“在Biohub，我们专注于两个关键的事情：解决世界上最重大的医疗问题，并与我们的社区以前所未有的有效方式合作。”隐藏在人类细胞内部的功能性运作机制是许多致病的根本原因。“细胞图谱”项目旨在开始解锁这些奥秘，揭示细胞是如何在健康人体内正常工作的，更重要的是——当疾病发生时，细胞内究竟发生了什么。他是这样进一步强调其观点的，“教科书上的传统观点是说，人体中大约有300多种类型的细胞，包括在血液中携带氧气的红细胞、在大脑中长期存在的神经元和在眼睛中像数码相机般工作的光感受器的细胞。但是，实际数量可能更大——最新研究估计近万。然而它们不能在普通显微镜下得以简单区分。逐个理清人体中上万的所有细胞类型将更好地帮助研究人员和生物制药行业了解每个细胞的分子特征，以及理解它们是如何对某些类型治疗做出反应的。”

▲人体内众多的细胞类型（图片来源：NIH）

人体内不同细胞类型的宏大数量使得“细胞图谱”成为一项史无前例的巨大任务。“细胞图谱”的最终目的将是向世界各地的研究人员提供一个涉及所有细胞的目录，诸如控制管理大脑、心脏、乳腺、肾和肺等重要器官的众多不同类型的细胞。

这一理念为从来没有实现过？也是有充分理由的。近年来，生物医学研究领域终于迎来了能使这一梦想付诸实施的一系列创新技术。部分重要技术成分也与Biohub的团队的努力密不可分。以下这些核心技术使得创建“细胞图谱”不再是纸上谈兵：

生物芯片

Biohub的科学家与新一代的生物工程领域紧密合作，专注于开发计算机集成电路的生物等效元件。这些嵌入了人类细胞的微型芯片或“生物芯片”使用微管道系统来分析患者样品和药物化合物。生物芯片允许科学家获得很有意义的数据，这类结果以前需要几个星期才能生成，现在只需几个小时。

▲单细胞在微流控芯片中移动（图片来源：BioHub）

值得一提的是Quake博士和其他同事发明了允许单个细胞在微流控芯片上的通道里移动。不难想象，该技术奠定了“细胞图谱”宏图的基础，因为科学家可以迅速且精准地捕获单个细胞，逐个对单个细胞的基因组进行测序分析。

CRISPR基因编辑

CRISPR技术已经彻底革命化了我们编辑和更改基因组的能力。Biohub的Cell Atlas项目将广泛利用该技术手段测试实验室已有的细胞培养品系，深度理解打开或关闭特定基因是否影响细胞的基本功能。这一举措使得研究人员能够研究哪些基因是生存所必需的，并探讨当不同类型细胞失去特定基因功能时会有什么后果，从而构建重要的疾病模型。

借助CRISPR技术，Biohub的科学家将能够改变特定细胞中的蛋白质动力学，并结合荧光标记，以前所未有的精度研究蛋白质功能。

▲“细胞图谱”项目势必获得海量数据（图片来源：NIH）

高性能计算平台

医学研究人员往往缺乏强大的计算平台，限制他们处理数据的能力。 基因学创新可以解码单个细胞的DNA，生物芯片可以立即分析组织样本和药物化合物的，以及大量各种新型成像数据，均使得传统计算能力“捉襟见肘”。Biohub针对计算技术进行投资开发，应用蓬勃发展的人工智能和机器学习能力，来满足生物医学研究人员的数据处理需求。

该项目草案也正在吸引广泛的国际努力，以持续稳定地完善“细胞图谱”信息。Stephen Quake博士认为：“BioHub仍然规模较小。这将需要巨大的国际合作。”事实上，已经有一个称为国际人类细胞图谱联盟（International Human Cell Atlas Consortium）的小组正在制定“绘图”策略，由英国桑格研究所领导，Quake博士也是该组织的重要成员之一。

“一切正在进行之中了，”Quake博士颇具信心的展望说道， “我认为2017年对于‘细胞图谱’项目来说将是伟大的一年。”

参考资料：

[1] UC Berkeley to partner in $600M Chan Zuckerberg science ‘Biohub’

[2] Mark Zuckerberg Is Funding a Facebook for Human Cells

[3] 32岁的年轻人，向你们致敬！扎克伯格夫妇今日宣布捐赠30亿美元攻克重大疾病

[4] BioHub官方网站